源自植物“泵水”靈感的無電池可穿戴汗液傳感器
該器件可以將液滴從一側“泵”至另一側,器件左側為液滴吸入口,右側為有利于液體蒸發的多孔結構,無需外部動力即可驅動液體連續流動。
植物和樹木通過葉片上氣孔水分蒸發的蒸騰作用獲取動力,吸收土壤中的水分。荷蘭埃因霍芬理工大學(Eindhoven University of Technology)的科學家們利用該原理開發了一種汗液傳感器,汗液能以穩定的速率流過傳感器并進行分析。利用激光微加工技術,他們在柔性塑料上刻蝕出微結構,并集成一塊小型分析芯片。這一研究成果攻克了可粘貼在皮膚上的柔性汗液傳感器開發的重要障礙。
人體汗液包含了很多健康信息,運動員和婦女可以將之作為醫療應用從中獲取很多信息。例如,汗液中的鹽份濃度可以提示我們囊性纖維化情況,而酸度水平則是某些皮膚病的診斷因素。要持續監測這些信息,就需要將汗液不斷的導流進入汗液傳感器,所以理想的汗液傳感器最好不含有活動部件或者易損部件,而且不需要額外提供能量。
博士研究生Chuan Nie和指導教授Jaap den Toonder利用自然原理作為靈感,開發了滿足這些要求的汗液傳感器。在埃因霍芬理工大學的微加工實驗室,他們利用柔性塑料襯底制作了一個微流控器件,包含一個入口、一條微流道以及另一端的多孔結構。在入口處使用了特殊的紙材料,使器件可以通過該入口吸取汗液。類似于植物和樹木的原理,液體通過另一側多孔結構的“蒸騰作用”以及微流道的毛細管效應實現連續流動。該微流控器件無需外部動力,可以像水泵一樣連續工作。
最后,研究者們還在該器件上集成了一顆微型芯片。芯片的電極聯接在微流道上,可持續分析通過微流道的汗液。Chuan Nie制作了一個樣品,利用它進行酸度水平檢測,實驗結果非常理想。用于檢測汗液中其它物質的芯片可以用同樣的方法進行集成。
該項研究由埃因霍芬理工大學和埃因霍溫霍爾斯特中心(Holst Centre in Eindhoven)合作完成。霍爾斯特中心和埃因霍芬理工大學將繼續進行該柔性汗液傳感器研究,例如,開發運動應用和汗液醫療分析應用。塑料襯底的使用將保持最終產品較低的成本。下一步的開發將是傳感器數據的無線傳輸。
標簽:   微加工實驗室 微型芯片